DE2532150A1

DE2532150A1 - Verfahren und einrichtung zur geschwindigkeitsregelung von tintentropfen

Info

Publication number: DE2532150A1
Application number: DE19752532150
Authority: DE
Inventors: Lawrence Kuhn; Robert A Myers; Keith Samuel Pennington; Bankim R Shah
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1976-02-19
Also published as: GB1473754A; FR2281572B1; JPS5139077A; FR2281572A1; JPS5949546B2; US3907429A; DE2532150C2

Description

Böblingen, den 14. Juli 1975 ki/se

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 973 O71

Verfahren und Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung von Tintentropfen

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art eines Verfahrens zur Geschwindigkeitsregelung von Tintentropfen.

Bei Tintenstrahldruckern wird ein Strom von Tinte unter Druck erzeugt und periodisch gestört, um einzelne Tropfen zu erzeugen, die auf einen Aufzeichnungsträger, beispielsweise ein bewegtes Papier auftreffen. Um einen Abdruck auf dem Papier durch die Tinte in Übereinstimmung mit dem gewünschten zu druckenden Muster zu erhalten, muß jeder Tropfen gegen die Aufzeichnungsfläche gerichtet oder so abgelenkt werden, daß er die genannte Fläche nicht erreicht.

Für die Steuerung der Tintentropfen ist es bekannt, verschiedene Ablenkmittel zu verwenden. Beispielsweise werden bei dem elektrostatischen Tintenstrahldruck die Tropfen unterschiedlich aufgeladen und bestimmte Tropfen gar nicht geladen. Beim magnetischen Tintenstrahldruck werden bekannterweise die Tropfen nicht geladen, sondern bestehen aus einem magnetischen Material, so daß ihre Ablenkung durch ein magnetisches Feld, das wahlweise auf die einzelnen Irc-Cau ei.^.'i^kt, er2--2u~t v.'irrl, ü<r ³Ii Ablsn-

Π 9 tf f ι B / Ο 7 CU

kung der Tropfen beim elektrostatischen oder magnetischen Tintenstrahldruck bestimmt, ob der Tropfen auf die Aufzeichnungsfläche auf trifft und an welcher Stelle, muß die Ablenkung genau erfolgen. Da die Ablenkung des Tropfens ungefähr umgekehrt proportional zum Quadrat seiner Geschwindigkeit ist, ist es notwendig, für die Erzielung einer hohen Druckqualität die Geschwindigkeit der Tropfen im wesentlichen konstant zu halten.

Beim binärem Tintenstrahldruck richtet jede Düse Tintentropfen auf eine bestimmte Stelle der Aufzeichnungsfläche. Der für den Druck erforderliche Tropfen wird hierbei nicht aufgeladen. Wenn eine Stelle auf dem Aufzeichnungsträger keine Druckfarbe enthalten soll, wird der normalerweise auf diese Stelle auf treffend« Tropfen aufgeladen und in eine Auffangrinne abgelenkt.

Wenn ein Feld von Düsen verwendet wird, ist es notwendig, dat die Geschwindigkeit der die einzelnen Düsen verlassenden Tintenströme gleich ist. Xm andern Falle wird das gewünschte Druckmuster nicht erzielt, da die Unterschiede in der Ankunftszeit der Tropfen eine Drucklinie erzeugen, die nicht gerade ist. Beim binären Tintenstrahldruck werden also die Tropfen durch ihre Aufladung abgelenkt und diese Ablenkung wird nicht verwendet für die Steuerung des Auftreffpunktes des Tropfens auf der Aufzeichnungsfläche. Somit muß beim binären Tintenstrahldruck die Geschwindigkeit der einzelnen Tintenströme gleichförmig und untereinander gleich groß sein, damit der Tropfen auf die gewünschte Stelle am Aufzeichnungsträger auftrifft.

Da die Geschwindigkeit beträchtlich variieren kann, wenn der Tropfen unterschiedlichen Zuständen, wie einem Wechsel der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, ist es erwünscht, zu wissen, wann die Geschwindigkeit des Tropfens nicht mehr die gewünschte Geschwindigkeit aufweist, so daß eine Korrektur derselben schnell und automatisch vorgenommen werden kann. Beim elektrostatischen Tintenstrahldruck kann die Geschwindigkeit durch elektrostatische Induktion hert· ^; pen·- werden. Die Temperatur könnte abgsfühlt wer-

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mim

den, um die Geschwindigkeitsänderung festzustellen, wenn ein Tropfen nicht elektrostatisch geladen ist, wie beim magnetischen Tintenstrahldruck oder beim binären Tintenstrahldruck. Jedoch die präziseste Bestimmung der Geschwindigkeit des Tropfens ist die direkte Messung.

Es ist somit die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung von Tintentropfen, das sich der direkten Messung der Geschwindigkeit von Tintentropfe^i bedient, anzugeben, das einsetzbar ist, sowohl für geladene, als auch nicht geladene Tropfen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Einrichtung zur Feststellung

der Geschwindigkeit von Tropfen eines Flüssigkeitsstromes ,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Einrichtung nach

Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schema eines anderen Ausführungsbeispieles

für eine Einrichtung zur Feststellung der Geschwindigkeit von Tropfen eines Flüssigkeitsstromes.

Der Tintenverteiler 10 erhält über die Zuführungsleitung 10' Tinte aus einem nicht gezeigten Reservoir. Im Tintenverteiler 10 steht die Tinte unter Druck, so daß die Tinte aus den in der Düsenplatte II¹ angeordneten Düsen 11 (eine gezeigt) in

Form von Tintenströmen austritt.

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Der Tintehverteiler 10 wird durch geeignete Mittel, beispielsweise einen piezoelektrischen übertrager 12 mit einer ausgewählten Frequenz in Schwingungen versetzt. Dadurch wird jeder der Tintenströme in einzelne Tröpfen 14 bei einer gewählten Wellenlänge unterteilt.

Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes und der aus demselben gebildeten Tropfen 14 steht in Beziehung zum Druck der Tinte innerhalb des Tintenverteilers 10 und des Gebietes der Düse 11. Somit wird bei einer Geschwindigkeitszunahme die Geschwindigkeit des Tintenstromes in dem bestimmten Bereich der Düse 11 zunehmen. Eine Abnahme des Druckes im Tintenverteiler 10 vermindert die Geschwindigkeit des Stromes innerhalb der Düse 11.

Durch Wahl der Frequenz, mit welcher der piezoelektrische übertrager 12 den Tintenverteiler IO in Schwingungen versetzt, kann in Verbindung mit der Geschwindigkeit des Tintenstromes die Wellenlänge der Tropfen 14 gesteuert werden.

So ist, V ■ fjW

wobei V die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes und der Tropfen 14, f. die Frequenz des piezoelektrischen Übertragers und w die Wellenlänge der Tropfen ist.

Es ist notwendig, die Geschwindigkeit des Stromes konstant zu halten, damit die Tropfen 14 die gleiche Wellenlänge aufweisen. Die Tropfen 14 müssen im wesentlichen eine konstante Wellenlänge besitzen, für die Erzeugung einer hohen Druckqualität, da jeder der Tropfen 14 gesteuert werden muß für sein Auftreffen, bzw. Nichtauf treffen auf dem Aufzeichnungsträger. Somit ist es für die Aufrechterhaltung der gewünschten Wellenlänge der Tropfen notwendig, die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes und der Tropfen 14 zu regeln*

Wenn die Geschwindigkeit sich aus irgendeinem Grunde ändert,

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dann ändert sich auch die Wellenlänge, da die Frequenz des piezoelektrischen Übertragers 12 konstant bleibt. Somit ist es notwendig, die Geschwindigkeit zu korrigieren, um die Wellenlänge der Tropfen 14 konstant zu halten.

Deshalb muß für die Konstanthaltung der Wellenlänge der Tropfen 14 die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes und der Tropfen 14 überwacht werden. Jegliche Änderung in der Geschwindigkeit erfordert eine Korrektur des Druckes im Tintenverteiler 10, um dadurch die Geschwindigkeit zu korrigieren.

Um die Geschwindigkeit zu bestimmen, werden die Tropfen 14 in eine Bahn gerichtet, die eine Lichtquelle mit der lichtemittierenden Diode 15 auf der einen und dem Gitter 16 auf der anderen Seite aufweist. Das Gitter 16 besitzt im Tellungsabstand D zwei öffnungen 17, 18.

Der photoelektrische Detektor 19 ist hinter dem Gitter 16 angeordnet und stellt fest, wann die lichemittierende Diode 15 eingeschaltet ist. Wenn eine der öffnungen 17, 18 durch einen der Tropfen 14 verdeckt ist, ist die Ausgangsspannung des photoelektrischen Detektors 19 auf seiner Ausgangsleitung 20 geringer, als wenn beide öffnungen 17, 18 nicht verdeckt sind.

Der Teilungsabstand D zwischen den öffnungen 17, 18 ist geringer als die gewünschte Wellenlänge w der Tropfen 14. Somit ist nur jeweils eine der öffnungen 17, 18 zu einem Zeitpunkt durch einen der Tropfen 14 verdeckt.

Die lichtemittierende Diode 15 wird mit einer gewählten Frequenz f2 abgetastet, die unterschiedlich ist, gegenüber der Frequenz f. des piezoelektrischen Übertragers 12. Die lichtemittierende Diode 15 wird durch den Rechteckwellen-Modulator 21 gesteuert.

Da die Tropfen 14 sich entlang ihrer Bahn bewegen, bevor sie auf YO 97 3 071

j "⁶" 2532150 j

: das Papier 22 auftreffen, das sich in der durch den Pfeil 23 j

I gekennzeichneten Richtung bewegt, wird die Öffnung 17 im Gitter ι

:16 durch einen der Tropfen 14 verdeckt. In Abhängigkeit vom : I Verhältnis der Frequenzen f, und f„ wird einer der anderen Tropfen;

! 14 die Öffnung 18 verdecken, wenn die lichtemittierende Diode 15 \

zu einem späteren Zeitpunkt eingeschaltet ist. Demzufolge ist

;eine scheinbare Seitenabweichung der Tropfen 14 vorhanden, so ' ¹ daß die Abweichgeschwindigkeit V, gegeben ist durch

wobei (df) die Frequenzdifferenz zwischen den Frequenzen f~ und X₁ ist.

Da f₂ gleich der Lichtblit ζ frequenz der lichtemittierenden Diode 15 ist, ist sie bekannt und verändert sich nicht. In ähnlicher Weise ist (df) bekannt und verändert sich nicht, da auch die Frequenz f^ konstant ist. Deshalb kann entsprechend der Gleichung .(2) die Abweichgeschwindigkeit V, sich nur verändern, wenn die Geschwindigkeit V der Tropfen 14 sich verändert.

Wenn die Geschwindigkeit der Tropfen 14 die gewünschte Größe aufweist, ist die Zeit zwischen dem Verdecken der Öffnungen 17, 18 durch die Tropfen 14 eine bekannte Größe. Sollte sich die Geschwindigkeit der Tropfen 14 verändern, verändert sich die Zeit zwischen dem Verdecken der Öffnungen 17, 18, wodurch angezeigt wird, daß die Tropfen 14 sich nicht mehr mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegen.

Immer dann, wenn eine der Öffnungen 17, 18 im Gitter 16 von dem Tropfen 14 verdeckt ist, fällt das Ausgangssignal des photoelektri schen Detektors 19 auf seiner Ausgangsleitung 20 ab. Dadurch wird der logischen Schaltung 25 ein Signal zugeführt, das anzeigt, daß eine der Öffnungen 17, 18 durch einen der Tropfen 14 zu einem Zeitpunkt verdeckt ist, ari dem die lichtemittierende Diode 15 j

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6 0 9 8 0 8 / Π 7 ι "■ λ

Licht aussendet. Wenn die andere der öffnungen 17, 18 im Gitter 16 verdeckt ist, sendet der photoelektrische Detektor 19 eine geringere Spannung auf seine Ausgangsleitung 20, um diese Verdek-I kung der logischen Schaltung 25 anzuzeigen.

! Wenn die logische Schaltung 25 bestimmt, daß die Zeit zwischen

dem Verdecken der Öffnungen 17, 18 nicht für die gewünschte j
j Geschwindigkeit der Tropfen 14 zutrifft, wird ein Korrektur-

signal über die Ausgangsleitung 26 dem Druckregulator 27 zugeführt. Der letztere erhält das Signal, um den Druck der Tinte im Tintenverteiler 10 so einzustellen, daß die Geschwindigkeit der Tropfen 14 auf den gewünschten Wert herabgesetzt wird.

Die logische Schaltung 25 (Fig. 2) enthält die Schwellwertschaltung 30, die Impulse des photoelektrischen Detektors 19 über die Ausgangsleitung 20 immer dann erhält, wenn die lichtemittierende Diode 15 erregt ist. Immer dann, wenn keine der öffnungen 17, 18 durch einen Tropfen 14 verdeckt ist, befindet sich der j Ausgangsimpuls des photoelektrischen Detektors 19 auf seinem ; Spitzenwert. Wenn jedoch eine der öffnungen 17, 18 im Gitter 16 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 verdeckt ist, wird von dem photoelektrischen Detektor 19 ein Signal von der Hälfte des Spitzenwertes auf der Ausgangsleitung 20 erzeugt, da eine der öffnungen 17, 18 noch Licht zum photoelektrischen Detektor 19 hindurchläßt.

Die Schwellwertschaltung 30 erzeugt einen positiven Impuls auf ihrer Ausgangsleitung 31 immer dann, wenn ihr Schwellwert überschritten wird. Dies tritt ein, wenn von dem photoelektrischen Detektor 19 ein Spitzenimpuls erzeugt wird, infolge der Nichtverdeckung keiner der öffnungen 17, 18 im Gitter 16 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15. Wenn jedoch beide der Öffnungen 17, 18 im Gitter 16 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 verdeckt ; sind, besitzt der halbe Spitzenimpuls des photoelektrischen Detek-

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tors 19 nicht die ausreichende Amplitude, um den Schwellwert der Schwellwertschaltung 30 zu überwinden. Dementsprechend erscheint auf der Ausgangsleitung 31 der Schwellwertschaltung 30 kein Impuls Somit erzeugt die Schwellwertschaltung 30 einen Ausgangsimpuls auf ihrer Ausgangsleitung 31 nur dann, wenn die öffnungen 17, 18 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 nicht verdeckt sind.

Die Ausgangsleitung 31 der Schwellwertschaltung 30 bildet den einen Eingang der bistabilen Kippschaltung 32. Ein geeignetes Beispiel für die bistabile Kippschaltung 32 bildet eine JK Flipflop. Den anderen Eingang der bistabilen Kippschaltung 32 bildet die Leitung 33, die einen positiven Impuls von dem Rechteckwellenmodulator 21 erhält, wenn die lichtemittierende Diode aktiviert ist.

Somit erhält die bistabile Kippschaltung 32 zwei positive oder hohe Impulse zu einem Zeitpunkt, zu dem die lichtemittierende Diode aktiviert ist urfd keine der beiden öffnungen, 17, 18 im Gitter 16 durch einen der Tropfen 14 verdeckt ist. Daraus folgt, daß die bistabile Kippschaltung 32 einen niedrigen Ausgangsimpuls auf ihrer Ausgangsleitung 34 erzeugt. Die bistabile Kippschaltung 32 ändert ihren Zustand nicht, wenn die Eingangssignale an ihren beiden Eingängen nicht mehr erscheinen.

Wenn eine der öffnungen 17, 18 im Gitter 16 durch einen der Tropfe|n 14 verdeckt ist, so daß auf der Ausgangsleitung 31 der Schwellwertschaltung 30 ein niedriges Ausgangssignal oder O-Signal erscheint, gibt die bistabile Kippschaltung 32 ein positives oder hohes Ausgangssignal auf ihrer Ausgangsleitung 34 ab. Somit zeigt das Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 34 der bistabilen Kippschaltung 32 an, daß eine der öffnungen 17, 18 durch einen Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 verdeckt ist.

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Die Ausgangsleitung 34 ist über die Leitung 35 mit der bistabilen Kippschaltung 36 (D-Typ) verbunden. Die Ausgangsleitung 34 ist auch mit der Verzögerungsschaltung 37 verbunden.

Die Aktivierung der bistabilen Kippschaltung 36 durch einen positiven Ausgangsimpuls der bistabilen Kippschaltung 32 überträgt den Stand des Zählers 38 auf den arithmetischen Vergleicher 39. Der Zähler 38 erhält kontinuierlich Impulse von dem Taktgeber 40 über die Leitung 41, so daß der Zähler 38 die Anzahl der Impulse des Taktgebers 40 zählt zwischen den Zeiten, in denen der Zähler 38 durch einen positiven Impuls, ausgesandt von der Verzögerungsschaltung 37 über die Leitung 42, rückgestellt wird. Somit befähigt die Verzögerungsschaltung 37 die bistabile Kippschaltung 36, das Ausgangssignal des Zählers 38 auf den arithmetischen Vergleicher 39 zu übertragen, bevor der Zähler 38 wieder auf O zurückgestellt ist.

Der Stand des Zählers 38 ist ein Maß für die Abweichgeschwindigkeit, da derselbe die Zeit zwischen dem Verdecktsein der öffnungen 17, 18 im Gitter 16 zählt. Der Stand des Zählers 38 wird durch den airthmetischen Vergleicher 39 mit dem Stand eines Speicherregisters, wie des nur auslesbaren Speichers 43 verglichen. Der nur auslesbare Speicher 43 enthält den Wert für die Abweichgeschwindigkeit, wenn die Tropfen 14 die gewünschte Geschwindigkeit aufweisen.

Die Zeit zwischen einem Paar von Impulsen auf der Leitung 42 ist gegeben entweder durch

t = P- (3)

^{a V}d

t - w - D

^rb - -v (4)

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wobei t die Zeit zwischen dem Verdecktsein der öffnung 1.7 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 und dem Verdecktsein der öffnung 18 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 darstellt, t, die Zeit zwischen dem Verdecktsein der öffnung 18 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 und dem Verdecktsein der öffnung 17 durch einen der Tropfen 14 bei aktivierter lichtemittierender Diode 15 verkörpert und D, V,, und w die weiter oben definierten Werte darstellen.

Wenn D = 0,9 w¹ ist, wobei w¹ die Wellenlänge des Tropfens 14 darstellt, wenn der Tropfen 14 die gewünschte Geschwindigkeit

O 9 w¹ einnimmt, dann ist entsprechend (3) t = -^= und aus Glei-

ν-,

, , .. . w- 0,9 w¹
chung (4) tu = =jH ,

so daß tjj ungefähr gleich ist

Deshalb ist, wenn C die Frequenz des Taktgebers und N gleich ist

Ci

der Anzahl der Zählungen während t

3.

₌ 0,9 W C

^Na V, ' ^'

Wenn N, gleich ist der Anzahl der Zählungen während der Zeit t,, ist

Demzufolge wird im Hinblick auf die große Differenz zwischen N und N, die Logik des arithmetischen Vergleichers 39 Zählungen des Zählers 38 übergehen, die ähnlich sind N, und wird nur jene Zählungen verwenden, die N nahekommen, hinsichtlich des Ver-

el

gleiches mit dem Wert in dem nur auslesbaren Speicher 43.

Wenn der arithmetische Vergleicher 39 einen Wert erhält in der Nähe von N , wird der Wert aus dem nur auflesbaren Speicher 43

Si

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in dem arithmetischen Vergleicher 39 verglichen und ein Ausgangssignal dem Digital-Analog-Konverter 44 zugeführt. Der Ausgang des Digital-Analog-Konverters 44 wird über die Ausgangsleitung 26 der logischen Schaltung 25 dem Druckregulator 27 zugeführt, um den Druck im Tintenverteiler 10 zu ändern. Der arithmetische Vergleicher 39 erzeugt ein Signal in Obereinstimmung mit dem Stand des Zählers 38, um den Druck in der richtigen Richtung zu verändern, d.h., wenn die Geschwindigkeit der Tropfen 14 abgenommen hat, ist der Druck zu erhöhen und im umgekehrten Fall zu erniedrigen.

Da der Teilungsabstand D gegen die Wellenlänge w' der Tropfen 14 zunimmt, steht dem Zählen ein größerer Zeitabschnitt zur Verfügung. Dies ermöglicht die Messung sehr hoher Geschwindigkeiten des Flüssigkeitsstromes mit relativ niedriger Zählgeschwindigkeit. Die Zählschaltungen können mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1/1OO der Frequenz, mit welcher die Tropfen die öffnungen 17, 18 passieren, arbeiten.

Statt den arithmetischen Vergleicher 39 nur für die durch N

erzeugte Zählung zu verwenden, kann das Verhältnis der Zählungen, die in Zeitabschnitten t und t, erzeugt werden, verwendet werden. Somit ist aus Gleichung (4) t. = ^-==— und aus Gleichung (3)

t, = 2-, so daß J* - ^-§-5 . α D

pemzufolge würde, wenn D = 0,9 w¹ ist, das Verhältnis von N und Nj₃ ungefähr 9 sein, da w und w¹ ungefähr gleich sind. Natürlich würde der arithmetische Vergleicher 39 Schaltungen enthalten, um das Verhältnis in der richtigen Reihenfolge zu vergleichen.

jwenn der Teilungsabstand D zwischen den öffnungen 17, 18 gleich ,ist y-»dann ist

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und w - wj_

mit w gleich der tatsächlichen Wellenlänge der Tropfen 14 und w¹ mit der gewünschten Wellenlänge, wenn die Geschwindigkeit V der Tropfen 14 gleich ist der gewünschten Geschwindigkeit. Wenn die Geschwindigkeit der Tropfen 14 gleich ist der gewünschten Geschwindigkeit, dann sind t und t. gleich, da der Ersatz von w' gegen w ergibt

w«

Wenn jedoch die Geschwindigkeit V nicht die gewünschte Geschwindigkeit ist, wird w auch verändert, so daß w nicht gleich ist w¹. Demzufolge sind t und t, nicht gleich, so daß die Zählung der Taktimpulse für jeden dieser Zeitabschnitte unterschiedlich sein würde.

^; Aus der Gleichung (2) ist V, = - .

^r2

Somit ergibt der Austausch von V, in den Gleichungen (7) und (8) und die Vernachlässigung des negativen Vorzeichens

j w'f_o wf_o w'f-

! t = und t =

2V(df) """ "b V (df) 2V(df)

DaV= f.w aus der Gleichung (1), ist t = und ist

w'f,

ler Gleichung (1) , ist t =

wf w' f

*b ⁼ wfTTdfT " · ^{Da f}ι ^{und f}2 «^^efähr g^leich

sind, beträgt

W¹ 1 w¹

a 2w(df) Tb (df) ~ 2w(df) *

Demzufolge könnte der arithmetische Vergleicher 39 Schaltungen enthalten für das Vergleichen einer jeden Zählung des Zählers mit der vorhergegangenen Zählung. Bei dieser Anordnung würde der

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nur auflesbare Speicher 43 durch einen Speicher ersetzt werden, der die vorhergehende Zählung speichert.

Der arithmetische Vergleicher 39 würde Mittel enthalten für das Substrahieren einer jeden Zählung von der vorhergehenden Zählung, um das Ergebnis für die Steuerung des Tintendruckes mittels des Druckregulators 27 zu verwenden. Tatsächlich würde die zweite Zählung verglichen werden mit der ersten Zählung. Wenn die erste Zählung überschritten wird, erzeugt der arithmetische Vergleicher 39 ein Signal, um den Druck in einer Richtung zu verändern. Dann wird die Zählung, nachdem der Druck geändert wurde, mit der Zählung vor dieser Änderung verglichen. Wenn der Unterschied der Zählung zunimmt, wird ein umgekehrtes Ausgangssignal durch den arithmetischen Vergleicher 39 erzeugt, um den Druck in der anderen Richtung zu verändern. Wenn die Zählung abnimmt, erzeugt der arithmetische Vergleicher 39 ein weiteres Ausgangssignal in der gleichen Richtung zu weiteren Veränderungen des Druckes in der gleichen Richtung.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, nach dem die lichtemittierende Diode 15 mit dem Oszillator 50 über den Phasenschieber 51 verbunden ist. Der Oszillator 50 erzeugt die gleiche Frequenz für den piezoelektrischen übertrager 12 und die lichtemittierende Diode 15.

In diesem Ausführungsbeispiel weisen die öffnungen 17, 18 im Gitter 16 einen Teilungsabstand von der Größe der gewünschten Wellenlänge w¹ der Tropfen 14 auf. Somit ist D = w¹.

Hinter der öffnung 17 ist der photoelektrische Detektor 52 angeordnet und hinter der öffnung 18 der photoelektrische Detektor 53. Somit besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel jede öffnung 17, 18 einen separaten photoelektrischen Detektor.

Der photoelektrische Detektor 52 ist über die Leitung 54 mit der YO 973 071

ρ. η 9 ft η R / ο 7 ο α

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bistabilen Kippschaltung 55 verbunden, während der photoelektrische Detektor 53 über die Leitung 56 mit der bistabilen Kippschaltung 57 verbunden ist. Der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 55 ist mit dem Zähler 58 verbunden, der dem Zähler 38 der Fig. 2 entspricht und an dem der Taktgeber 59 angeschlossen ist. Der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 57 ist mit der bistabilen Kippschaltung 6O (D-Typ) verbunden, die der bistabilen Kippschaltung 36 der Fig. 2 entspricht.

Wenn ein positiver Impuls am Ausgang der bistabilen Kippschaltung 55 entsteht, wird der Zähler 58 zurückgestellt. Wenn am Ausgang der bistabilen Kippschaltung 57 ein Impuls auftritt, überträgt die bistabile Kippschaltung 60 den Zählerstand des Zählers 58 auf den arithmetischen Vergleicher 61, an dem ein Speicherregister, beispielsweise der nur auslesbare Speicher 62 angeschlossen ist.

Der Ausgang des arithmetischen Vergleichers 61 ist über den Digital-Analog-Konverter 63 mit dem Druckregulator 27 verbunden, der den Druck des Tintenstromes verändert, um dessen Geschwindigkeit zu verändern.

Der Phasenschieber 51 wird kontinuierlich durch Impulse des Taktgebers 59 angetrieben. Dies geschieht durch ein lineares Verschieben in der Phase der Frequenz der lichtemittierenden Diode 15, relativ zum Oszillator 50 bei einer kontinuierlichen Phasenabtastung von 360 .

Wenn die Tropfen 14 eine geringfügig geringere Geschwindigkeit als die gewünschte Geschwindigkeit aufweisen, ist w, die tatsächliche Wellenlänge der Tropfen 14, geringer als w¹, die gewünschte Wellenlänge. Demzufolge wird einer der Tropfen 14 die öffnung verdecken und der vor diesem Tropfen sich bewegende Tropfen wird kurz darauf die öffnung 18 verdecken. Dies erfolgt, weil der zweite der beiden Tropfen 14 sich zwischen den beiden öffnungen 17, 18 befindet, da ihr Tellungsabstand geringer ist als die

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gewünschte Wellenlänge.

Der photoelektrische Detektor 52 liefert seiner bistabilen Kippschaltung keinen Eingangsimpuls, wenn die lichtemittierende Diode 15 aktiviert ist und die öffnung 17 verdeckt ist. Demzufolge wird kein positiver Impuls der bistabilen Kippschaltung 55 zugeführt, zu einer Zeit, zu der die öffnung 17 nicht verdeckt ist und die lichtemittierende Diode aktiviert ist. Die bistabile Kippschaltung 55 erhält auch einen Eingangsimpuls über die Leitung 65 vom Oszillator 50.

In der gleichen Weise wie die bistabile Kippschaltung 32 wirkt, erzeugt die bistabile Kippschaltung 55 einen niedrigen Ausgangsimpuls auf ihrer Ausgangsleitung 66, wenn nicht der Eingangsimpuls auf der Leitung 54 niedrig ist bei einem hohen Eingangsimpuls auf der Leitung 65. Wenn dies eintritt, erscheint auf der Ausgangsleitung 66 der bistabilen Kippschaltung 55 ein positiver Impuls, um anzuzeigen, daß die öffnung 17 durch einen der Tropfen 14 verdeckt ist. Dieser positive Impuls setzt den Zähler 58 zurück, wodurch derselbe mit der Zählung der Impulse vom Taktgeber 59 beginnt.

Wenn die öffnung 18 durch den Tropfen 14 verdeckt ist, der vor dem die öffnung 17 verdeckenden Tropfen 14 sich bewegt, überträgt der photoelektrische Detektor 53 kein Signal über die Leitung 56 zur bistabilen Kippschaltung 57, die über die Leitung 67 auch mit dem Oszillator 50 verbunden ist.

Wenn deshalb der photoelektrische Detektor 53 kein Licht von der aktivierten lichtemittierenden Diode 15 erhält, ist das Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 68 der bistabilen Kippschaltung 57 positiv, in der gleichen Weise, wie vorher für die bistabile Kippschaltung 55 beschrieben ist. Wenn dieser positive Impuls auf der Ausgangsleitung 68 erscheint, überträgt die bistabile Kippschaltung 60 den Stand des Zählers auf den arithmetischen Vergleicher 61. Dieser Zählerstand wird

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verglichen mit dem Stand des nur auslesbaren Speichers 62. Da der Stand geringer sein wird als der für die gewünschte Geschwindigkeit erforderliche, verursacht das vom arithmetischen Vergleicher 61 aus dem Digital-Analog-Konverter 63 zugeführte Signal ein Ausgangssignal des letzteren für die Steuerung des Druckregulators, um den Druck der Tinte zu steigern, wodurch deren Geschwindigkeit zunimmt.

Wenn die Wellenlänge w der Tropfen 14 größer ist als die gewünschte Wellenlänge w¹, wird einer der Tropfen 14 die öffnung 17 verdecken. In der Nähe des Endes der 36O°-Verschiebung der Phase der Frequenz der lichtemittierenden Diode 15, im Vergleich zur Frequenz des Oszillators 50, der die Frequenz für den piezoelektrischen übertrager erzeugt, wird der gleiche Tropfen 14, der die öffnung 17 verdeckt, die öffnung 18 ebenfalls verdecken. Dadurch wird der Zähler 58 zu zählen beginnen, wenn die öffnung 17 durch den Tropfen 14 verdeckt ist und der Zählerstand wird dem arithmetischen Vergleicher 61 zugeführt, wenn der gleiche Tropfen 14 die öffnung 18 verdeckt. Somit wird ein hoher Zählerstand erhalten. Dieser wird mit dem Stand des nur auslesbaren Speichers 62 verglichen, dessen Ausgangssignal dem Digital-Analog-Konverter 63 zugeführt wird, ein Ausgangssignal für die Reduzierung des Druckes des Druckregulators 27 erzeugt, so daß die Geschwindigkeit der Tropfen 14 vermindert wird.

Wenn die Wellenlänge w der Tropfen 14 gleich ist der gewünschten Wellenlänge w¹ , werden beide öffnungen 17, 18 gleichzeitig durch zwei Tropfen 14 verdeckt. Wenn dies geschieht, führt die bistabile Kippschaltung 60 dem arithmetischen Vergleicher 61 kein Ausgangssignal zu, da der Rückstellimpuls für den Zähler 58 von der bistabilen Kippschaltung 55 dem Zähler 58 nicht veranlassen würde, seine Zählung zu beginnen, jedoch der Impuls von der bistabilen Kippschaltung 57 zur gleichen Zeit an der bistabilen Kippschaltung 60 ankommen würde, für die automatisehe übertragung des 0-Zählstandes auf dem arithmetischen Ver-YO 973 071

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gleicher 61. Somit würde das NichtVorhandensein des Zählerstandes keine Veränderung des Ausgangssignales des Digital-Analog-Konverters 63 ergeben, da die Tropfen 14 sich mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegen.

Wenn gewünscht, könnte eine geringfügige Verzögerung des von der bistabilen Kippschaltung 55 dem Zähler 58 zugeführten Signales erzeugt werden. Beispielsweise könnte diese Verzögerung im Bereich von Nanosekunden liegen, wenn die Zeit eines Impulses vom Oszillator 50 Millisekunden beträgt. Diese geringfügige Verzögerung würde keinen großen Zählerstand ergeben, der dem arithmetischen Vergleicher zugeführt wird, da der Zähler 58 nicht für den Beginn seiner Zählung von Impulsen des Taktgebers 59 zurückgestellt werden würde _f bis nachdem die bistabile Kippschaltung 60 durch die bistabile Kippschaltung 57 aktiviert wurde. Somit würde die bistabile Kippschaltung 60 den Zählerstand übertragen zum Beginn des nächsten Zyklus, so daß dies einen sehr großen Zählerstand ergeben würde. Wenn dies eintritt, würde der arithmetische Vergleicher 61 dieses im Vergleich zum Stand des nur auslesbaren Speichers 62 sehr große Signal erkennen, das anzeigt, daß die Tropfen 14 sich mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegen und wodurch keine Änderung des Ausgangsignales für den Digital-Analog-Konverter 63 erzeugt v/erden würde.

Diese geringfügige Verzögerung hat keinen Einfluß auf die Größe der Zählung, wenn die Geschwindigkeit der Tropfen 14 größer war oder geringer als die gewünschte. In diesen Fällen hat die geringfügige Verzögerung von weniger als die Zeitperiode eines Impulses des Oszillators 50 keinen wesentlichen Einfluß auf die Größe der Zählung.

Statt die öffnungen 17, 18, wie weiter oben beschrieben, mit einem Teilungsabstand von D=W anzuordnen, d.h. mit einem Abstand gleich der Wellenlänge, kann natürlich der Teilungs-

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abstand D auch irgendein Integral der Wellenlänge w betragen. Es ist nur notwendig, daß beide öffnungen 17, 18 zur gleichen Zeit verdeckt werden, um anzuzeigen, daß die Geschwindigkeit des Tropfens 14 gleich ist der gewünschten Geschwindigkeit. Statt wie weiter oben beschrieben, als einzige Lichtquelle die lichtemittierende Diode 15 vorzusehen, können natürlich auch für jede der öffnungen 17, 18 separate lichteraittierende Dioden verwendet werden. Außerdem kann auch eine andere Lichtquelle, statt lichtemittierender Dioden verwendet werden.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Zählschaltungen im Vergleich mit der Geschwindigkeit der Tropfen relativ langsam arbeiten können. Ein weitere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Geschwindigkeit der Tropfen unabhängig vom benutzten Typ des Tintenstrahldruckens bestimmt werden kann.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit von Tintentropfen, die unter Druck aus einer mit einer bestimmten Frequenz schwingenden Düse ausgestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintentropfen zwei Lichtschleusen (15 bis 19) auf ihrem Weg zum Papier (22) durchqueren, wobei in den beiden Lichtschleusen Lichtimpulse einer bestimmten Frequenz erzeugt werden und daß in Abhängigkeit von der gewählten Erregungsfrequenz der Düse (11), der Erregungsfrequenz der Lichtimpulse und der Reihenfolge des Verdecktseins der Lichtschleusen durch einen Tropfen bzw. der Größe der Zeit zwischen zwei Verdecktzuständen der Druck der Tinte entsprechend geregelt wird.

2, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Regelung der Geschwindigkeit von Tintentropfen, die unter Druck aus einer mit einer bestimmten Frequenz schwingenden Düse ausgestoßen werden, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Seite der Flugbahn der Tropfen (14) benachbart eine Lichtimpulse bekannter Frequenz aussendende Einrichtung (15) und derselben gegenüberliegend, an der anderen Seite der Flugbahn eine Lochblende (10) angeordnet ist, in der zwei Löcher (17, 18) mit bestimmten Teilungsabstand sich befinden, denen eine photoelektrische Detektoreinrichtung (19 oder 52, 53) zugeordnet ist, die mit einer logischen Schaltung (25) zur Ermittlung der Tropfengeschwindigkeit verbunden ist, die in Abhängigkeit von der gewählten Erregungsfrequenz der Lichtimpulse aussendenden Einrichtung und von den VerdeckungsZeitpunkten der beiden Löcher (17, 18) einen Regulator, für den Druck der Tinte regelt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Löcher (17, 18) in der Lochblende (16) einen Teilungsabstand aufweisen, der geringer ist als die

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Wellenlänge der Tropfen (14) und daß die Erregungsfrequenz der Lichtimpulse aussendenden Einrichtung (15) unterschiedlich gegenüber der Erregungsfrequenz der Tropfen (14) ist.

I. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (25) einen Zähler (38) enthält, der die Zeit mißt zwischen dem Verdecktsein des einen Loches

(17) und dem des anderen Loches (18) und daß das Zähl-

j ergebnis in einem arithmetischen Vergleicher (39) vergli-

chen wird mit einem der gewünschten Geschwindigkeit anzeigenden Wert. j

I

! 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ; die beiden Löcher (17, 18) in der Lochblende (16) einen Teilungsabstand aufweisen, der gleich ist der Wellenlänge der Tropfen (14) und daß die Erregungsfrequenz der Lichtimpulse aussendenden Einrichtung (15) gleich ist der Erregungsfrequenz der Tropfen (14).

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (17, 18) in der Lochblende (14) einen Teilungsabstand aufweisen, der ein Integral der Wellenlänge der Tropfen (14) ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Detektoreinrichtung pro Loch (17 bzw.IB) der Lochblende (16) je einen Detektor (52 bzw. 53) aufweist und die mit denselben verbundene logische Schaltung nur dann keinen Regelimpuls an einen den Druck der Tinte steuernden Regulator (27) sendet, wenn beide Löcher )17, 18) gleichzeitig verdeckt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ! die logische Schaltung (25) eine Schwellwertschaltung (30) j

enthält, deren Eingang mit dem Ausgang (20) des photo- ;

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elektrischen Detektors (19) verbunden ist, und deren Ausgang (31) mit dem einen Eingang einer bistabilen Kippschaltung (32) verbunden ist, deren anderer Eingang mit F.inerc die Lichtimpulse aussendende Einrichtung (15) erregenden Rechteckwellenmodulator (21) verbunden ist und deren Ausgang sowohl an den Zähler (38) als auch an eine dem Zähler nachgeschaltete bistabile Kippschaltung (36) angeschlossen ist, die beim Erhalt eines Ausgangsimpulses von der zuvor genannten bistabilen Kippschaltung (32) eine Übertragung des Standes des Zählers (38) auf einen arithmetischen Vergleicher (39) zuläßt, in dem der übertragene Wert mit einem von einem weiteren Speicher (43) ausgelesenen Wert verglichen wird, wobei beim Vergleichsergebnis "gleich" dem nachgeschalteten Druckregulator (27) kein Impuls zugeführt wird,

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 7 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Detektoren (52, 53) an je eine bistabile Kippschaltung (55 bzw. 56) angeschlossen sind, deren beiden anderen Eingängen an den die Düse (11) in Schwingungen versetzenden Oszillator (50) angeschlossen sind, dessen weiterer Ausgang über einen Phasenschieber (52) mit der Lichtimpulse aussendenden Einrichtung (15) verbunden ist, daß die eine (55) der beiden bistabilen Kippschaltungen (55, 56) mit dem Rückstelleingang eines Zählers (58) verbunden ist, dessen Ausgang über eine bistabile Kippschaltung (60), die durch die andere (56) der beiden zuvor genannten bistabilen Kippschaltungen (55, 56) auf Durchlaß schaltbar ist, mit einem arithmetischen Vergleicher (61) verbunden ist, in dem der übertragene Wert mit einem aus einem weiteren Speicher (62) auslesbaren Wert verglichen wird, der nur dann einen entsprechenden Ausgangsimpulse an einen den Druck der Tinte steuernden Regulator (27) abgibt, wenn das Vergleichsergebnis kleiner oder größer ermittelt wird.

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